[發明專利]一種水溶性碳量子點生物顯影劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410137307.6
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103896251A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 蔣志強;楊建;邵雙喜;顧群
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C09K11/65
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于生物顯影劑材料技術領域，涉及一種水溶性碳量子點生物顯影劑的制備方法。

背景技術

2006年美國克萊蒙森大學的孫亞平首次發現碳量子點，是繼碳納米管、納米金剛石、富勒烯和石墨烯之后出現的一類新穎的納米碳材料。碳量子點具有優異的光學和電學性能，跟傳統的半導體量子點相比，具有細胞毒性低、合成成本低、光穩定性好等優點，因此在生物顯影成像、傳感和探針等領域有著廣泛的應用前景。

現有碳量子點量子效率低，文獻報道的碳量子點量子效率一般不超過10﹪。另一方面，碳量子點吸收長波長激發光而發射出短波長（可見光）的向上逆轉能力也較弱。由于長波長光源能夠穿過較厚的組織，在人體組織中顯影具有較強的實用性，因此，需要發展一種能夠吸收近紅外光線具有較強向上逆轉能力的碳量子點。

Wei?Li等人（Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,1–6）報道一種蠶絲經水熱法制備的熒光量子納米微球。由于蛋白質中氮元素的存在使得碳量子點熒光的量子效率大為提高，這提供了一種通過在碳量子點中引入氮摻雜來提高其光學性能的方法。然而由于這種納米微球的尺寸太大（大約90納米），可能會引起細胞行為的變化，因此在細胞中作為顯影劑應用受到限制。

Yan-Qing?Zhang等人（J.Mater.Chem.,2012,22,16714–16718）報道四氯化碳（CCL₄）和氨基鈉（NaNH₂）反應生成碳量子點，氮摻雜使碳量子點具有將近紅外激發光（700-900nm）向上逆轉發出波峰在500納米可見熒光的能力。然而由于四氯化碳和氨基鈉反應而在碳量子點中引入氮的摩爾比例很難調控，因此需要發展一種可以精確調控氮含量的辦法來優化其光學性能。

1,4加成反應能夠精確調節聚合物中各單體結構的含量，以此作為碳源能夠控制碳量子點中的氮元素含量。本發明公布一種由1，4加成聚合物經高溫碳化而形成的碳量子點，由于氮元素含量的控制，該碳量子點具有較強的熒光效率和向上逆轉能力，同時具有在不同pH條件下發光穩定性，在生物顯影方面具有廣泛的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種水溶性碳量子點生物顯影劑的制備方法，該方法利用1,4加成聚合物來制備碳量子點，通過調節聚合物中各單體結構的含量，來調控碳量子點的光學性能。此方法無毒環保，制備簡單，原材料價格低廉，收率較高，一步直接獲得碳量子點，得到的碳量子點水溶性好，且具有優異的光致發光特性。

為解決上述技術問題，本發明方法為高溫碳化制備方法，具體是：

將1,4加成聚合物加入到有機溶劑中，200～450℃碳化反應30min～24h，得到熒光碳量子點；

制備100份重量份數的熒光碳量子點，所用的各物質的量為：1,4加成聚合物5～100份，有機溶劑0～95份；

所述的有機溶劑為甘油、乙二醇的一種或兩種混合液；

所述的1,4加成聚合物的制備方法是：

將單體A、單體B在20～95℃下聚合2～48h，得到1,4加成聚合物；單體A與單體B的摩爾比為1：1；

作為優選，聚合溫度為20～60℃；

所述的單體A為含有雙官能團的丙烯酸酯類單體、含有雙官能團的丙烯酰胺類單體的一種或兩種；

所述的含有雙官能團的丙烯酰胺類單體結構式A1如下：

所述的含有雙官能團的丙烯酸酯類單體結構式A2如下：

所述的單體B為含有氨基或巰基的雙官能團單體，其結構式為式B1、式B2、式B3的一種或多種，如下所示：

式B1；

式B2；

式B3；

若單體A中含有含雙官能團的丙烯酰胺類單體A1，在1,4加成聚合物的制備過程中必須加入蒸餾水，即將單體A、單體B先溶于蒸餾水中，得到混合溶液，然后混合溶液20～95℃下聚合2～48h，得到1,4加成聚合物；其中混合溶液中蒸餾水的質量含量為40～95﹪；

作為優選，混合溶液中蒸餾水的質量含量為70﹪。

本發明制備得到的碳量子點生物顯影劑相關結構和性能表征：

1.為表明本發明碳量子點生物顯影劑的尺寸和分布狀態，對本發明制得的碳量子點做了透射電鏡掃描，結果顯示碳量子點的粒徑呈較窄的分布狀態，尺寸為4.7nm左右。